(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスの存在下での少なくとも１回の化学気相堆積ステップを含む、シリカおよび白金からなるナノ複合材を基板の表面上に形成する方法であって、前記ステップは、
ａ）少なくとも１種の注入液体Ｉ1であって、
ｉ）液体の白金アセチルアセテート、または
ｉｉ）有機溶媒中に溶解した白金アセチルアセテートの溶液
からなる、注入液体Ｉ1の、ならびに
ｂ）ＳｉＯ2の固体ナノ粒子であって、注入液体Ｉ1内および／または注入液体Ｉ1とは別個の注入液体Ｉ2内の均質ディスパーションの形態で存在する、固体ナノ粒子の
同時直接液体注入により行われることを特徴とする方法。
【請求項２】
注入液体Ｉ1用の有機溶媒が、前駆体（複数可）の分解温度未満の蒸発温度を有する溶媒から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記溶媒が、常圧条件下で５０℃から２００℃（これらを含む）の蒸発温度を有する液体有機化合物から選択されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記溶媒が、メシチレン、シクロヘキサン、キシレン、トルエン、ｎ−オクタン、アセチルアセトン、エタノールおよびこれらの混合物から選択されることを特徴とする、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
注入液体Ｉ1が、アミンおよび／またはニトリルおよび／または水をさらに含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
注入液体Ｉ1中のアミンおよび／またはニトリルおよび／または水の総量が、２０体積％未満であることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
アミンが、ｎ−ヘキシルアミン、イソブチルアミン、ジ−ｓｅｃ−ブチルアミン、トリエチルアミン、ベンジルアミン、エタノールアミン、ジイソプロピルアミン、ポリアミンおよびこれらの混合物から選択されることを特徴とする、請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
ニトリルが、アセトニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル、プロピオニトリルおよびこれらの混合物から選択されることを特徴とする、請求項５または６に記載の方法。
【請求項９】
注入液体Ｉ2が、請求項２から４のいずれか一項に記載の注入液体Ｉ1用の溶媒から選択されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
注入液体（複数（Ｉ1およびＩ2）可）が気化デバイス中に導入され、それを介して、その少なくとも１つの表面が前記ナノ複合材でコーティングされるべき基板を含有する加熱堆積チャンバ中に注入液体が送られることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
堆積が、５００℃以下の基板温度で行われる、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
堆積が、大気圧下、または４０Ｐａから１０００Ｐａの圧力の真空下で行われることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
プラズマ支援により行われることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
基板が高密度または多孔質であり、ガラス、シリコン、金属、スチール、セラミック、ファブリック、ゼオライトおよびポリマーから選択されることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
ガスが、反応性ガスおよび／または蒸気運搬不活性ガスで構成されることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
反応性ガスが、酸素、水素、アンモニア、亜酸化窒素、二酸化炭素、オキソン、二酸化窒素およびこれらの混合物から選択されることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
蒸気運搬不活性ガスが、アルゴン、窒素、ヘリウムおよびこれらの混合物から選択されることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法を実施することにより得ることができる担持ナノ複合材であって、
ｉ）金属ナノ粒子または酸化物ナノ粒子のいずれか一方の含有物を有する、該金属ナノ粒子または酸化物ナノ粒子の他方を含有するマトリックスからなる連続層、または
ｉｉ）ナノ粒子の不連続ディスパーションであって、金属ナノ粒子および酸化物ナノ粒子から選択される、少なくとも２つのファミリーのナノ粒子が並置した形態であるディスパーション
のいずれかからなり、
前記金属ナノ粒子は白金アセチルアセテート、前記酸化物ナノ粒子はＳｉＯ2からなる
ことを特徴とする、担持ナノ複合材。
【請求項１９】
ｉ）前記金属ナノ粒子の含有物を有する、前記酸化物ナノ粒子の連続マトリックス、または
ｉｉ）前記酸化物ナノ粒子の含有物を有する、前記金属ナノ粒子の連続マトリックス、
からなることを特徴とする、請求項１８に記載の複合材。
【請求項２０】
少なくとも１種の酸化物および少なくとも１種の金属を含むことを特徴とする、請求項１８または１９に記載の複合材。
【請求項２１】
銀およびチタンをベースとする請求項１８から２０のいずれか一項に記載のナノ複合材の、抗菌コーティングとしての使用。
【請求項２２】
白金および鉱物ナノ粒子をベースとする請求項１８から２０のいずれか一項に記載のナノ複合材の、電極触媒としての使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学気相堆積およびナノ粒子の真空注入を同時に含む、ナノ複合材の調製方法、本方法を実施することにより得られる複合材料およびナノ粒子、ならびにこれらの用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の技術分野は、概して、基板または支持体表面へのナノ複合材コーティングの調製の分野として定義することができ、前記コーティングは、様々な厚さのフィルム、または複合材ナノ粒子の不連続ディスパーションの形態の、前記ナノ複合材コーティングの連続層からなることができる。
【０００３】
これらの複合材料およびナノ粒子は、一般に、マイクロ電子機器（導電性、絶縁性または半導電性フィルム）、機械工学（耐摩耗性および耐腐食性コーティング）、光学（放射線センサー）、ならびに中でも特に環境保護のための触媒の分野に適用される。
【０００４】
粒子がナノメートルの範囲内のサイズを有すると金属の性質が変化することが知られている。金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、およびイリジウム（Ｉｒ）等の貴金属は、ナノスケールのサイズに達すると非常に反応性となる。それらが基板表面に適用されると、これらの金属は、例えば燃料電池電極、抗菌表面、ならびに光触媒および触媒エネルギー生成に適用される表面等としての使用を可能とする、特定の特性を与える。また、基板表面へのこれらの金属の堆積によって、水素貯蔵および表面テクスチャリングが考えられるようになる。
【０００５】
最も確立された方法である含浸や電着等、この種の基板の表面を金属粒子で被覆するための数種類の方法がすでに提案されている。
【０００６】
最も最近の方法の中には、特にＣＶＤ（化学気相堆積）法がある。これらの方法は、含浸や電着、またはさらにＰＶＤ（物理気相堆積）技術に勝る多くの利点を有する。これは、ＣＶＤ法が、触媒担体、例えばフォーム、ハニカム、セラミックおよびゼオライト等の多様で複雑な構造の部分を高真空範囲、つまり１００Ｐａから５００Ｐａにおける作業を必要とせずに被覆するために使用され、これにより、例えばＰＶＤ法と比較して工業的規模で容易に実施できる方法が提供されるためである。
【０００７】
このＣＶＤ技術は、その他のガスの存在下または非存在下で材料（または前駆体）の揮発性化合物を、被覆される表面と接触させるステップにある。次いで１つまたは複数の化学反応が生じ、基板上に少なくとも１種の固体生成物が形成される。他の反応生成物は、反応器から除去され得るようにガス状でなければならない。反応は以下の５つの段階に細分化することができる。
−１種または複数種のガス状反応種の基板上への移送；
−これらの反応物の表面上への吸着；
−吸着相における反応とフィルムの成長；
−揮発性副生成物の脱着；および
−ガス状生成物の移送と排気。
【０００８】
「従来型」または「熱的」ＣＶＤでは、基板温度（６００〜１４００℃）が不均一反応に必要な活性化エネルギーを供給し、これにより、堆積した材料が成長する。しかしながら、これらの高温は、被覆される基板の性質と常に適合するとは限らない。
【０００９】
形成温度を低下させるために、低温（２００〜６００℃）で反応する有機金属（またはＯＭＣＶＤ、すなわち有機金属化学気相堆積）等のより反応性の前駆体の使用を含む、様々な代替手法が開発されてきた。より反応性の前駆体の使用は、低温で解離する低エネルギー結合を有する１種または複数種の化合物の使用を含む。したがって、最も頻繁に使用される化合物は、堆積されるエレメント（複数可）をほとんどの場合その構造内に含む有機金属である。ＯＭＣＶＤ法においては、制御雰囲気下のチャンバが使用され、これに、例えば二酸化チタンを堆積させる場合には、チタンテトライソプロポキシドおよびＯ２等のガス状前駆体が注入される。ガス状反応物が吸着した後に、基板が加熱され、表面上で化学堆積反応が生じる。堆積フィルムは、反応を生じさせる熱力学的条件下でのみ形成することができる。つまり、反応に必要なエネルギーは、チャンバ全体（高温壁炉）または基板キャリアのみ（低温壁炉）を加熱することにより、熱の形態で提供される。
【００１０】
このＯＭＣＶＤ法のおかげで、特に国際出願ＷＯ２００７／０００５５６に記載のように、例えば銀および酸化チタン（ＴｉＯ２）をベースとする複合材フィルムを基板表面に形成することも可能である。具体的には、ＯＭＣＶＤ法はまた、２種類の前駆体（例えばピバル酸銀およびチタンテトライソプロポキシド等）を同時に注入することにより、酸化物および金属ナノ粒子のナノ複合材フィルムを形成させる。またこの場合、液体前駆体の形態、または例えばメシチレンおよびキシレン等の好適な溶媒中、また任意選択で、前記前駆体の溶媒中への溶解を改善するためにアミンおよび／またはニトリルの存在下での、前駆体の溶液の形態で、構成要素のそれぞれを使用する必要がある。
【００１１】
しかしながら、２種の液体前駆体およびＣＶＤ反応器に導入される反応性ガスが相互作用して単一の化合物を形成する限り、上記国際出願に記載の複合材フィルムの調製方法では、ある特定の複合材の調製は不可能である。すなわち、前駆体のそれぞれから派生する２種の別個の生成物を得ることは不可能であった。例えば、酸化物前駆体および窒化物前駆体から、窒化物ナノ粒子を備える酸化物マトリックスを得ることは不可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際出願ＷＯ２００７／０００５５６
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｃｈｅｍ．Ｍａｔ．、２００１年、１３、３９９３頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の主題を形成するものは、本発明者らが開発したＯＭＣＶＤ法により、複合物の調製に対するこれらの限定的な制約を是正することである。
【００１５】
したがって、本発明者らは、前駆体のそれぞれを液体形態とする、または好適な溶媒中に溶解させる必要なく任意の種類のナノ複合材を得るための、新規なＯＭＣＶＤ法を提供することを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
したがって、本発明の１つの主題は、ガスの存在下での少なくとも１回の化学気相堆積ステップを含む、少なくとも２つのエレメントからなるナノ複合材を基板の表面上に形成する方法であり、前記ステップは、
ａ）少なくとも１種の注入液体Ｉ１であって、
ｉ）前記エレメントのうちの１つの少なくとも１種の液体前駆体、または
ｉｉ）前記エレメントのうちの１つの少なくとも１種の前駆体の有機溶媒中溶液からなる、注入液体Ｉ１の、ならびに
ｂ）他のエレメントの固体ナノ粒子であって、注入液体Ｉ１内および／または注入液体Ｉ１とは別個の注入液体Ｉ２内の均質ディスパーションの形態で存在する、固体ナノ粒子の
同時直接液体注入により行われることを特徴とする。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の文脈において、「ナノ複合材（nanocomposite））」という用語は、２つのエレメントのうちの一方のナノ粒子と他方のエレメントのナノ粒子との並置、または他方のエレメントの１種類もしくは複数種類のナノ粒子を含有する、２つのエレメントのうちの一方のマトリックスのいずれかからなる、少なくとも２種の別個の物理相を含む材料を指すように使用される。
【００１８】
したがって、本発明による方法は、コーティング形成のＣＶＤ法により得ることができないナノ複合材を得ることを可能とする。したがって、本発明の主題を形成する方法を使用して、一方でＣＶＤ法により生成された金属またはセラミック（酸化物）相と、注入デバイスを介して導入された固体ナノ粒子とを統合した、既定のナノ複合材構造を生成することが可能となる。
【００１９】
液体前駆体または有機溶媒中に溶解した前駆体（注入溶液Ｉ１）は、有機金属前駆体および金属塩から選択することができる。有利には、後者は、塩素化金属塩およびアンモニウム金属塩から選択される。
【００２０】
本発明の有利な一実施形態によれば、有機金属前駆体は、金属ジアルキル、金属β−ジケトネート、カルボニルもしくはホスフィン配位子を有する、または塩素化配位子を有する前駆体、ｎ−シクロペンタジエニル金属錯体、シクロオクタジエニル金属錯体、およびオレフィンもしくはアリル基を有する前駆体から選択され、前記金属は、好ましくは、周期表の列ＩＶＢからＩＢの最初の３行の金属、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｇｅおよびこれらの合金から選択される。
【００２１】
これらの有機金属前駆体のうち、具体的には、チタンテトライソプロポキシドおよび白金アセチルアセテートを挙げることができる。
【００２２】
注入液体Ｉ１用の有機溶媒は、一般に、前駆体（複数可）の分解温度未満の蒸発温度を有する溶媒から選択される。有機溶媒は、好ましくは、常圧条件下で約５０℃から２００℃（これらを含む）の蒸発温度を有する液体有機化合物から選択される。そのような有機化合物のうち、具体的には、メシチレン、シクロヘキサン、キシレン、トルエン、ｎ−オクタン、アセチルアセトン、エタノールおよびこれらの混合物を挙げることができる。
【００２３】
注入液体Ｉ１は、その中に存在する前駆体（複数可）が容易に溶解するように、アミンおよび／またはニトリルおよび／または水をさらに含むことができる。これは、使用される前駆体が銀前駆体である場合に特に有効である。
【００２４】
この場合、注入液体Ｉ１中のアミンおよび／またはニトリルおよび／または水の総量は、一般に０．１体積％を超え、好ましくは、このアミンおよび／またはニトリルおよび／または水の濃度は、２０体積％未満である。
【００２５】
注入液体Ｉ１中に任意選択で存在するアミンは、一般に、一級、二級、または三級モノアミン、例えばｎ−ヘキシルアミン、イソブチルアミン、ジ−ｓｅｃ−ブチルアミン、トリエチルアミン、ベンジルアミン、エタノールアミン、ジイソプロピルアミン、ポリアミンおよびこれらの混合物から選択される。
【００２６】
注入液体Ｉ１中に任意選択で存在するニトリルは、一般に、アセトニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル、プロピオニトリルおよびこれらの混合物から選択される。
【００２７】
好ましくは、注入液体Ｉ１および／またはＩ２内にディスパーションの形態で存在する固体ナノ粒子は、鉱物ナノ粒子、例えば酸化シリカ（ＳｉＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）および酸化セリウム（ＣｅＯ２）ナノ粒子等から選択される。本発明による方法の別の有利な実施形態において、ナノ粒子は、炭化物または窒化物である。
【００２８】
当然ながら、当業者は、注入器が閉塞するいかなるリスクをも回避するために、注入器の直径に対するナノ粒子またはその凝集体のサイズの適合性が確実に保たれるように対策を講じるだろう。
【００２９】
注入液体Ｉ１および／またはＩ２内のナノ粒子のディスパーションの均質性を改善するために、超音波処理を施すことができる。
【００３０】
また、本発明による方法において任意選択で使用される注入液体Ｉ２は、当然ながらナノ粒子が不溶である有機溶媒からなる。
【００３１】
この有機溶媒は、例えば、注入液体Ｉ１に関して上述した溶媒から選択することができる。
【００３２】
当然ながら、本発明による方法が注入液体Ｉ１および注入液体Ｉ２を使用する場合、これらの注入液体を構成する溶媒は、同じでも異なってもよい。
【００３３】
本発明による方法を実施する際、注入液体（複数（Ｉ１およびＩ２）可）が気化デバイス中に導入され、それを介して、その少なくとも１つの表面がナノ複合材でコーティングされるべき基板を含有する加熱堆積チャンバ中に注入液体が送られる。
【００３４】
本発明による方法において、堆積は、一般に低温で、すなわち５００℃以下の基板温度で行われ、この温度は、当然ながら基板の性質および使用される材料に従い調節される。
【００３５】
これは本発明による方法の追加的な利点であり、これにより数多くの基板に適合する低い温度での作業の可能性が維持される。
【００３６】
堆積は大気圧下で行うことができるが、好ましくは真空下、例えば４０Ｐａから１０００Ｐａの圧力で行われる。
【００３７】
堆積時間は、一般に２分から９０分である。
【００３８】
堆積は、有利には、低周波（ＬＦ）、高周波（ＲＦ）、またはパルスＤＣプラズマ等のプラズマ支援により行うことができる。
【００３９】
堆積が行われる基板は、多孔質基板であっても高密度基板であってもよい。これらの基板は、ガラス、シリコン、金属、スチール、セラミック、例えばアルミナ、セリアおよびジルコニア等、ファブリック、ゼオライト、ポリマー等、多岐にわたる。
【００４０】
その存在下で堆積が行われるガスは、一般に、反応性ガスおよび／または蒸気運搬不活性ガスで構成される。
【００４１】
反応性ガスは、酸素、水素、アンモニア、亜酸化窒素、二酸化炭素、オキソン、二酸化窒素およびこれらの混合物から選択することができる。
【００４２】
蒸気運搬不活性ガスは、アルゴン、窒素、ヘリウムおよびこれらの混合物から選択することができる。
【００４３】
堆積されるフィルムは、関与するエレメントのそれぞれの核形成および成長の様式に依存して、様々な形態をとり得る。
【００４４】
したがって、本発明の別の主題は、本発明による、上に定義される方法を実施することにより得ることができる担持ナノ複合材であり、
ｉ）金属ナノ粒子、酸化物ナノ粒子、炭化物ナノ粒子および窒化物ナノ粒子から選択される少なくとも１つのファミリーのナノ粒子の含有物(inclusion)を有する、金属、酸化物、炭化物もしくは窒化物マトリックスからなる連続層、または
ｉｉ）ナノ粒子の不連続ディスパーションであって、金属ナノ粒子、酸化物ナノ粒子、炭化物ナノ粒子および窒化物ナノ粒子から選択される、少なくとも２つのファミリーのナノ粒子が並置した形態であるディスパーションのいずれかからなることを特徴とする。
【００４５】
本発明の有利な一実施形態によれば、ナノ複合材は、
ｉ）金属ナノ粒子、炭化物ナノ粒子、窒化物ナノ粒子および酸化物ナノ粒子から選択される少なくとも１つのファミリーのナノ粒子の含有物を有し、後者の酸化物は、連続マトリックスを形成する酸化物とは異なる、連続酸化物マトリックス、
ｉｉ）炭化物ナノ粒子、窒化物ナノ粒子、酸化物ナノ粒子、および連続マトリックスを形成する金属または金属合金の性質とは異なる性質の金属（または金属合金）のナノ粒子から選択される、少なくとも１つのファミリーのナノ粒子の含有物を有する、金属または金属合金の連続マトリックス、
ｉｉｉ）金属ナノ粒子、炭化物ナノ粒子、酸化物ナノ粒子、および連続マトリックスを形成する窒化物とは異なる性質の窒化物のナノ粒子から選択される、少なくとも１つのファミリーのナノ粒子の含有物を有する、窒化物の連続マトリックス、ならびに
ｉｖ）金属ナノ粒子、酸化物ナノ粒子、窒化物ナノ粒子、および連続マトリックスを形成する炭化物とは異なる性質の炭化物のナノ粒子から選択される、少なくとも１つのファミリーのナノ粒子の含有物を有する、炭化物の連続マトリックスからなる。
【００４６】
有利には、ナノ複合材は、少なくとも１種の酸化物および少なくとも１種の金属を含み、例えばこれらの２つのエレメントが、上記構成ｉ）およびｉｉ）のうちのいずれか１つに従い、差別されずにそれぞれ存在することが可能である。
【００４７】
本発明によるナノ複合材（堆積後）内では、ナノ粒子（含有物形態またはディスパーション形態）のサイズは、定義によれば１００ｎｍ未満である。
【００４８】
一般に、連続マトリックスは、５０ｎｍから２μｍの厚さを有する。
【００４９】
堆積した（鉱物、炭化物または窒化物型の）ナノ粒子の化学的性質および堆積したフィルムの形態（基板表面上に極めて良好に分散した多量の活性ナノスケール部位）によって、関連した層は広範な用途を有し得る。
【００５０】
したがって、本発明の別の主題は、銀およびチタンをベースとする上で定義されたようなナノ複合材の、抗菌コーティングとしての使用である。
【００５１】
ナノ複合材が白金および鉱物ナノ粒子、例えばＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２またはＣｅＯ２ナノ粒子をベースとするナノ複合材である場合、ナノ複合材は増強された電極触媒活性を有し、燃料電池に使用され得る。
【００５２】
本発明による方法のおかげで、より低い貴金属含量、一般に０．０１ｍｇ／ｃｍ２から０．５ｍｇ／ｃｍ２、より具体的には約０．０５ｍｇ／ｃｍ２のオーダーの含量を有利に有するコーティングを得ることが可能となる。
【００５３】
上記の構成とは別に、本発明は、本発明による方法を用いて調製された担持ナノ複合材の実施例、および添付図１から３を参照した以下の説明から派生するその他の構成もまた含む。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】平面シリコン基板の表面上に存在する白金およびシリカナノ粒子からなるナノ複合材の、走査型電子顕微鏡法（ＳＥＭ）により×１０５の倍率で得られた顕微鏡写真である。
【図２】白金およびシリカナノ粒子からなるナノ複合材が関与する燃料電池の分極曲線である。この図において、ｍＶで表現される端子間の電圧（Ｅ）は、ｍＡ／ｃｍ２で表現される電流密度（ｉ）の関数としてプロットされ、上の曲線は、水素および酸素（８０／４５／Ｏ２、１００％相対湿度）中での動作に対応し、下の曲線は、水素および空気（８０／４５／空気、１００％相対湿度）中での動作に対応する。
【図３】平面シリコン基板の表面上に存在するＳｉＯ２ナノ粒子含有物を有する連続ＴｉＯ２マトリックスからなるナノ複合材の、走査型電子顕微鏡法（ＳＥＭ）により×１０５の倍率で得られた、断面の顕微鏡写真である。
【００５５】
しかしながら、これらの実施例は、純粋に本発明の例示的実施例としてのみ示されており、本発明のいかなる限定をも構成しないことを理解されたい。
【実施例】
【００５６】
以下で説明される例示的実施例において、コーティングされる基板を含有する化学気相堆積チャンバと連結された、Ｊｉｐｅｌｅｃ社により商品名Ｉｎｊｅｃｔ（登録商標）で販売されている気化デバイス、「Ｓｙｓｔｅｍｅ  ｄ’ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｅｔ  ｄ’ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ  ｄｅ  ｐｒｅｃｕｒｓｅｕｒｓ  ｌｉｑｕｉｄｅｓ  ｐｕｒｓ  ｏｕ  ｓｏｕｓ  ｆｏｒｍｅ  ｄｅ  ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ［純粋形態または溶液形態の液体前駆体の注入および蒸発用システム］」を用いて、フィルムを堆積した。そのような気化デバイスは、Ｃｈｅｍ．Ｍａｔ．、２００１年、１３、３９９３頁に記載されている。
【００５７】
Ｉｎｊｅｃｔ（登録商標）デバイスは、以下の４つの主要部分を備える。
ｉ）ナノ粒子を含む、または含まない、前駆体の化学溶液（複数可）を貯蔵するための容器（複数可）、
ｉｉ）１つまたは複数の供給ラインまたはパイプを介して前駆体の化学溶液（複数可）を貯蔵するための容器（複数可）に接続された、例えばガソリンエンジン噴射装置型のもの等の１つまたは複数の注入器であって、電子制御デバイスにより制御される注入器（複数可）、
ｉｉｉ）例えばアルゴン等の不活性キャリアガス用供給ラインまたはパイプ、および
ｉｖ）気化デバイス（蒸発器）。
【００５８】
コーティングされる基板を含有する堆積チャンバは、加熱手段、反応性ガス（例えば酸素）または不活性ガス供給、ならびにポンピングおよび圧力調整手段を含む。
【００５９】
チャンバおよびコーティングされる基板は、正の温度勾配を形成するように、蒸発器の温度を超える温度に維持される。金属前駆体の化学溶液は、圧力下（例えば０．２ＭＰａまたは０．３ＭＰａ）に維持された容器中に導入され、次いで注入器（複数可）を介して、容器からより低圧に維持された蒸発器に（圧力差により）送られる。注入流量は、マイクロ電磁弁として考えることができ、またコンピュータで制御される注入器（複数可）の周波数および開放期間を変化させることにより制御される。
【実施例１】
【００６０】
燃料電池電極としてのナノ複合材の調製
本実施例の目的は、本発明による方法を使用して、触媒機能を有する２種類の構成要素ファミリーを有する燃料電池電極材料を調製することができることを実証することである。
【００６１】
本実施例では、白金ナノ粒子およびシリカナノ粒子を、ＥＬＡＴ（登録商標）型（Ｄｅ  Ｎｏｒａ社から販売されているＥ−ｔｅｋ製品）の炭素電極により形成された拡散層基板上、およびシリコン基板上に堆積させた。
【００６２】
一方で有機金属前駆体、つまり（Ｐｔ（Ａｃ）２）錯体の形態でトルエン中に０．０３ｍｏｌ／ｌの濃度で溶解した白金アセチルアセトネートを含み、また他方で１５質量％の量の１００ｎｍ未満のナノ粒子サイズのＳｉＯ２ナノ粒子を含む、化学堆積溶液を調製した。
【００６３】
蒸発器および基板の温度は、それぞれ、２２０℃および３２０℃に固定した。その他の動作条件を以下にまとめる。
−注入器周波数：３Ｈｚ；
−注入器開放時間：２ｍｓ；
−Ｎ２／Ｏ２流量：６０〜２４０ｍｌ；
−圧力：８００Ｐａ；
−堆積時間：２０分。
【００６４】
添付図１は、堆積後の基板表面の走査型電子顕微鏡写真（倍率×１０５）を示す。この図において、シリコン基板は暗灰色で示され、ＳｉＯ２ナノ粒子凝集体は、粗い明灰色粒に対応し、白金ナノ粒子は、微小な明灰色粒に対応する。したがって、この図は、拡散層への堆積の場合、ＳｉＯ２ナノ粒子は基板表面上にナノ分散し、その近傍またはその表面上に、触媒白金ナノ粒子を有し得ることを示している。
【００６５】
拡散層上に生成されたこのコーティングは、燃料電池または電解槽の電極を構成する。
【００６６】
この燃料電池の分極曲線を添付図２に示す。この図において、ｍＶで表現される端子間の電圧（Ｅ）は、ｍＡ／ｃｍ２で表現される電流密度（ｉ）の関数としてプロットされる。この図において、上の曲線は、水素および酸素（８０／４５／Ｏ２、１００％相対湿度）中での動作に対応し、下の曲線は、水素および空気（８０／４５／空気、１００％相対湿度）中での動作に対応する。
【００６７】
このようにして生成された、白金の担持量が非常に少ない（０．０５ｍｇ／ｃｍ２）電極が、良好に動作することを確認することができる。これらの結果は、活性貴金属触媒のより高い分散、および存在する白金の量が少ないにもかかわらず良好な触媒動力学を示している。
【００６８】
これと同じ方法に従い、電解槽用途に有利な触媒のために、例えばＴｉＯ２、ＺｒＯ２またはＣｅＯ２ナノ粒子等の異なる鉱物ナノ粒子を使用してこの種類の電極を調製することが可能である。
【実施例２】
【００６９】
表面テクスチャ化
また、実施例１で上述した方法を、有機金属前駆体としてキシレン中１ｍｏｌ／ｌの濃度のチタンテトライソプロポキシド（ＴＴＩＰ）を含み、また一方で１５質量％の量の５０ｎｍのナノ粒子サイズのＳｉＯ２ナノ粒子を含む化学堆積溶液を使用して、シリコンに対して繰り返した。使用した堆積条件は、以下の通りである。
−蒸発器温度：２００℃；
−注入器周波数：２Ｈｚ；
−注入器開放時間：２ｍｓ；
−Ｎ２／Ｏ２流量：４０〜１６０ｍｌ；
−圧力：８００Ｐａ；
−堆積時間：７分。
【００７０】
添付図３は、堆積後の基板を通る断面の走査型電子顕微鏡写真（倍率×１０５）を示す。この図を検討すると、ＴｉＯ２フィルムの成長中にシリカナノ粒子を挿入することで、表面欠陥を生成することが可能となり、その均一なテクスチャ化がもたらされることが観察され得る。基板表面上に均一に分布したこのナノ粒子からの欠陥の成長は、５０ｎｍから１μｍのサイズを有し、堆積ステップ中に注入されたナノ粒子の密度に依存して１０μｍから５μｍの距離で隔てられた欠陥による、表面の均一な構造化を与える。この表面テクスチャ化は、活性表面積を増加させる効果を有し、これは特に光触媒用途に有利となり得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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